楊柳　趙明濤

摘 要： 傳統(tǒng)的設(shè)備信道選取模型分析方法復(fù)雜、模型模擬器電路過(guò)于簡(jiǎn)化，應(yīng)加以改進(jìn)。提出并設(shè)計(jì)一種移動(dòng)通信設(shè)備多信道選取模型并改進(jìn)。介紹模型模擬器的組成以及仿真原理，通過(guò)改變移動(dòng)通信距離偏角并添加白噪聲，排除模型中的多普勒效應(yīng)和通信噪聲。改進(jìn)模型模擬器A/D電路中的可控增益放大器，提高多信道中信號(hào)的干擾排除操作強(qiáng)度。用分布式計(jì)算系統(tǒng)替換原模型中的密集型計(jì)算系統(tǒng)，提高模型計(jì)算精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的模型取得了更高的電平過(guò)載率和更短的衰減時(shí)間。

關(guān)鍵詞： 移動(dòng)通信設(shè)備； 多信道選取模型； 多普勒效應(yīng)排除； 模型設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TN929.5?34； TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）16?0132?03

Abstract： Since the analysis method of the traditional device channel selection model is complex， and the circuit of the model simulator is too simple， a multi?channel selection model for mobile communication device is proposed and designed. The composition and simulation principle of the model simulator are introduced. The declination angle of mobile communication distance is changed and the white noise is added to eliminate the Doppler effect and communication noise. The gain?controllable amplifier in A/D circuit of the model simulator was improved to enhance the elimination intensity of signal interference in the multi?channel. The distributed computing system is used to replace the intensive computing system in the original model to improve the computing accuracy of the model. The experimental results show that the improved model has high level overload rate and short fall time.

Keywords： mobile communication equipment； multi?channel selection model； Doppler effect elimination； model design

近年來(lái)，移動(dòng)通信漸漸成為通信行業(yè)的領(lǐng)軍者，由于要通過(guò)縮減通信時(shí)延提高通信數(shù)據(jù)抗干擾能力，移動(dòng)通信設(shè)備中多信道選取問(wèn)題得到廣泛關(guān)注。干擾移動(dòng)通信設(shè)備時(shí)延原因包括空間損耗、噪聲、多普特效應(yīng)等，傳統(tǒng)多信道選取模型普遍存在分析方法復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理抽象、模型模擬器電路過(guò)于簡(jiǎn)化等缺點(diǎn)[1]，需加以改進(jìn)。據(jù)以上描述，構(gòu)建移動(dòng)通信設(shè)備多信道理論分析模型，從理論入手消除干擾，最終設(shè)計(jì)出多信道選取模型。

1 移動(dòng)通信設(shè)備中的多信道選取模型設(shè)計(jì)

移動(dòng)通信設(shè)備使用者所處空間地理特點(diǎn)多樣性明顯，應(yīng)用地理知識(shí)說(shuō)明空間信道衰減情況，得到真實(shí)的理論分析模型。仿真陸地移動(dòng)衛(wèi)星通信信道模型[2]能夠?qū)⑿诺拉h(huán)境正確區(qū)分，遇到移動(dòng)通信設(shè)備地理特點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)針對(duì)空間陰影加蓋信道環(huán)境，構(gòu)建理論分析模型，作為移動(dòng)通信設(shè)備中多信道選取模型的初步設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。

根據(jù)仿真陸地移動(dòng)衛(wèi)星通信信道模型對(duì)地理特點(diǎn)的精確說(shuō)明，設(shè)計(jì)出多信道選取模型在L波段的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)最小二乘法[3]匯集多信道實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，選取最合適的信道進(jìn)行移動(dòng)通信。由于移動(dòng)通信設(shè)備的衛(wèi)星行駛速度快并且軌道偏低，多普特效應(yīng)和噪聲是影響時(shí)延的主要原因，移動(dòng)通信信號(hào)與多普勒效應(yīng)匯集進(jìn)入理論分析模型，跟隨噪聲從模型輸出。模型模擬器應(yīng)該能夠正確反映出移動(dòng)通信設(shè)備多信道的干擾特點(diǎn)，為此，在仿真陸地移動(dòng)衛(wèi)星通信信道模型中加入增益系數(shù)和校對(duì)系數(shù)，與衰減系數(shù)組成乘性干擾因子，構(gòu)建理論分析模型。

模型模擬器的組成以及仿真原理如圖2所示，控制器進(jìn)行移動(dòng)通信設(shè)備多信道選取模型中干擾排除的軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)部分包括A/D電路、時(shí)鐘電路和信道信號(hào)操縱模塊。數(shù)字信號(hào)相對(duì)于模擬信號(hào)更易被操作[4]，模型通過(guò)A/D電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便進(jìn)行更高精度的多信道選取，隨后利用信道信號(hào)操縱模塊，分析得到各個(gè)信道的通信狀態(tài)，將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成最初的模擬信號(hào)重新分配到相應(yīng)信道中進(jìn)行移動(dòng)通信。

2 移動(dòng)通信設(shè)備中的多信道選取模型改進(jìn)

2.1 模型干擾排除改進(jìn)設(shè)計(jì)

在理論分析模型的移動(dòng)通信設(shè)備多信道衰減過(guò)程中，移動(dòng)通信設(shè)備與衛(wèi)星的通信識(shí)別區(qū)域存在很大不同，導(dǎo)致多信道中數(shù)據(jù)通信效果忽高忽低[5]，因此在改進(jìn)移動(dòng)通信設(shè)備中的多信道選取模型時(shí)，應(yīng)該充分考慮到不同信道數(shù)據(jù)通信效果的干擾排除問(wèn)題，將通信信道劃分在一起進(jìn)行信道衰減情況的提取，以便選取出精確的數(shù)據(jù)傳輸信道。

2.1.1 多普勒效應(yīng)

移動(dòng)通信設(shè)備多信道選取模型使用模型模擬器消除多普勒效應(yīng)，將信號(hào)輸出中的干擾信號(hào)降低至60 MHz以下。如果衛(wèi)星與移動(dòng)通信設(shè)備正在進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，信道取得的通信數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)之間存在距離偏角，這種現(xiàn)象被稱作多普勒效應(yīng)[6]。多普勒效應(yīng)可同時(shí)作用于多個(gè)信道的數(shù)據(jù)解碼和調(diào)制等過(guò)程，造成通信誤差，函數(shù)表達(dá)式為：endprint

2.1.2 噪 聲

噪聲產(chǎn)生于多信道通信中電磁波存在的氛圍下，雷雨、刮風(fēng)、人為等情況均可產(chǎn)生，這部分噪聲為通信噪聲。模型模擬器的接收端自身也存在硬件運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲，這部分噪聲可以忽略，重點(diǎn)通過(guò)制造白噪聲消除移動(dòng)通信中產(chǎn)生的通信噪聲。白噪聲顯示于多信道接收設(shè)備信號(hào)的載波?噪音比之中[8]，載波?噪音比的函數(shù)表達(dá)式為：

式中：[C]表示載波功率，與信道通信能量消耗有關(guān)；[B]表示信道頻帶寬度；[N0]表示白噪聲功率波形密度。模型模擬器進(jìn)行多信道通信仿真時(shí)，經(jīng)設(shè)定載波?噪音比數(shù)值范圍提高白噪聲功率波形密度，達(dá)到排除噪聲干擾目的。

2.2 模型模擬器改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.2.1 A/D電路改進(jìn)

A/D電路對(duì)設(shè)備信號(hào)的處理影響著干擾排除操作強(qiáng)度，改進(jìn)前的移動(dòng)通信設(shè)備多信道選取模型沒(méi)能意識(shí)到A/D電路的重要性，加大了軟件操作壓力。A/D電路由信號(hào)調(diào)制電路和A/D轉(zhuǎn)換器組成，信號(hào)調(diào)制電路進(jìn)行簡(jiǎn)單的濾波操作，對(duì)A/D電路的改進(jìn)主要集中于減少A/D轉(zhuǎn)換器的信道通信能量消耗。

A/D轉(zhuǎn)換器的電平控制在25 dBm上下最能防止過(guò)載發(fā)生，這時(shí)需要對(duì)信號(hào)添加36 dB增益[9]。A/D轉(zhuǎn)換器中電壓放大器負(fù)責(zé)提供增益，成為移動(dòng)通信設(shè)備中的多信道選取模型的重點(diǎn)改進(jìn)對(duì)象。改進(jìn)后的模型選擇了型號(hào)為AD8330可控增益放大器，噪聲產(chǎn)生率、失真率以及強(qiáng)大的增益控制能力是其主要優(yōu)勢(shì)，AD8330電路如圖3所示。由圖3可知，AD8330擁有兩個(gè)增益控制管腳，分別是域名管腳和閱讀器管腳，其管腳起到管理信號(hào)阻抗、控制增益方向、穩(wěn)定電壓、進(jìn)行差分輸入/輸出等作用。為了提高模型干擾排除操作強(qiáng)度，AD8330對(duì)多信道通信信號(hào)濾波操作進(jìn)行了改進(jìn)，如圖4所示，F(xiàn)1表示磁珠，專門(mén)進(jìn)行信號(hào)波形抑制及高頻噪聲和峰值干擾排除，還能靜電吸附。

2.2.2 信道信號(hào)操縱模塊改進(jìn)

信道信號(hào)操縱模塊的改進(jìn)在于提高移動(dòng)通信設(shè)備多信道選取模型的軟件計(jì)算精度。選擇分布式計(jì)算系統(tǒng)替換原模型中的密集型計(jì)算系統(tǒng)，更精確地控制信號(hào)訪問(wèn)步長(zhǎng)；采取數(shù)字手段增益白噪聲，以便消除多信道進(jìn)行并行移動(dòng)通信時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)抖動(dòng)[10]。信道信號(hào)操縱模塊中分布式計(jì)算系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，復(fù)雜可編程邏輯器件執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列下達(dá)的控制指令，采取先進(jìn)先出隊(duì)列緩沖乘性因子進(jìn)行多信道選取，通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)時(shí)刻監(jiān)督隊(duì)列緩沖情況。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

利用計(jì)算機(jī)對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備中的多信道進(jìn)行模擬，模擬出多條圓形信道，長(zhǎng)度為800 km，多信道應(yīng)用場(chǎng)所在寬敞的公園和遮擋強(qiáng)度大的農(nóng)村。設(shè)定模擬信道與移動(dòng)通信衛(wèi)星的地理偏差角為20°，取得經(jīng)本文改進(jìn)前的移動(dòng)通信設(shè)備多信道選取模型、改進(jìn)模型以及動(dòng)態(tài)分配模型的電平過(guò)載率和衰減時(shí)間。公園中的電平過(guò)載率和衰減時(shí)間如圖6所示，在相同地理偏差角的條件下，改進(jìn)模型取得了很高的電平過(guò)載率，能夠?qū)崟r(shí)體現(xiàn)出多信道的移動(dòng)通信情況，而且衰減時(shí)間短，很容易在信道中越過(guò)干擾，以便選取出最合適的移動(dòng)通信設(shè)備信道。農(nóng)村中的電平過(guò)載率和衰減時(shí)間如圖7所示，所得仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果同上。

仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)本文改進(jìn)后的模型電平過(guò)載率高，衰減時(shí)間短。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)高性能的移動(dòng)通信設(shè)備多信道選取模型，初步設(shè)計(jì)出模型結(jié)構(gòu)。模型模擬器硬件包括A/D電路、時(shí)鐘電路和信道信號(hào)操縱模塊。介紹了模型模擬器的工作原理。隨后對(duì)模型的多普勒效應(yīng)、通信噪聲、A/D電路以及信道信號(hào)操縱模塊進(jìn)行了改進(jìn)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)本文改進(jìn)后的模型電平過(guò)載率高，衰減時(shí)間短。

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